基于解析法的开关磁阻电动机建模与控制研究

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1、杭州电子科技大学硕士学位论文基于解析法的开关磁阻电动机建模与控制研究研究生：宋小川指导教师：王家军教授2014年12月DissertationSubmittedtoHangzhouDianziUniversityfortheDegreeofMasterResearchonModelingandControlofSwitchedReluctanceMotorBasedonAnalyticalMethodCandidate:SongXiao-chuanSupervisor:Prof.WangJia-junDecember,2014杭州电

2、子科技大学硕士学位论文摘要随着经济的发展和时代的进步，现代社会对于能源的需求越来越大，人们的节能意识与日俱增。与此同时，科学技术的提高使得各种新型电气传动装置不断进入人们的视野。开关磁阻电动机便是在这样的背景之下发展起来的一种新颖的电动机。与传统的交、直流电动机相比，开关磁阻电动机具有结构简单、成本低廉、性能优越等诸多优势，从而引起了业内人士的广泛关注。然而就目前而言，开关磁阻电动机在市场的发展状况还远未达到人们的期望。这主要归因于其自身存在的一些缺陷，其中较为凸出的两个问题是电动机的数学模型较难获得以及运行时存在较大的转矩脉动。因

3、此数学建模和转矩脉动抑制问题是开关磁阻电动机研究过程中的重要课题。本文首先介绍了开关磁阻电动机的基本结构和运行原理。通过对电动机在线性条件下和非线性条件下的电路方程、机械方程以及机电能量转换方程的推导，给出了其内部各变量之间复杂的非线性耦合关系，引出了本研究的主要目标，即开关磁阻电动机磁链特性和转矩特性的数学建模。其次，为了获取开关磁阻电动机的磁链特性和转矩特性，本文设计了一种磁链特性和转矩特性的实验检测电路。实验需将电动机转子固定，并对绕组加以脉冲电压，以获取转子各个位置上的磁链-电流特性以及转矩-电流特性，从而得到完整的磁链-电

4、流-角度和转矩-电流-角度的多元非线性对应关系，为电动机的数学建模奠定了基础。本文以实验所测得的磁链和转矩数据为基础，对开关磁阻电动机的磁链特性和转矩特性进行了数学建模。建模主要使用曲线拟合的方式，采用最小二乘的方法，得到了电动机磁链和转矩关于相电流和转子位置角的函数解析式。同时提出了一种区间分段拟合的方法，提高了转矩模型的拟合精度。最后以本文中实测的磁链特性和转矩特性为基础，利用Matlab/Simulink搭建了仿真平台，进行了仿真研究。针对开关磁阻电动机运行过程中存在较大转矩脉动的问题，采用了基于转矩分配函数法的控制方式，仿真

5、结果验证了转矩分配函数法对于转矩脉动抑制的正确性和有效性。关键词：开关磁阻电动机，磁链特性，转矩特性，数学建模，转矩分配函数法I杭州电子科技大学硕士学位论文ABSTRACTWiththedevelopmentofeconomyandsociety,theenergyrequirementisgrowing,enhancingpeople'sawarenessofenergyconservation.Atthesametime,thankstotheimprovementsofscienceandtechnology,lotsofne

6、welectricdrivesconstantlycomeintoview.Switchedreluctancemotor(SRM)isanewmotordevelopedinthiscontext.ComparedwithtraditionalACandDCmotors,SRMhasasimplestructure,lowcost,superiorperformanceandmanyotheradvantages,causingwidespreadconcernintheindustry.Itismainlyattributedt

7、osomedefectsofSRMthatthemarketdevelopmentofSRMstilldidnotmeetexpectationssofar.ThedifficultytoobtainthemathematicalmodelofthemotorandthepresenceoflargetorqueripplearetwoofthemostseriousshortcomingsofSRM.Therefore,mathematicalmodelingandtorqueripplesuppressionareimporta

8、ntresearchtopicsofSRM.Firstly,thebasicstructureandoperatingprinciplesofSRMareintroduced.Thecircuitequations,mechanica